一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法技术

本发明专利技术属于激光熔覆技术领域，具体为一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括以下步骤：步骤一：金属基材预处理；步骤二：将金刚石、TiC、Ti混合均匀；步骤三：将TiC、预处理金刚石粉末、WC、ZrH2粉末和纯钴粉混合均匀，得到激光熔覆粉料；步骤四：进行激光熔覆制备涂层。ZrH2的添加使熔覆层对流传质效果增加，减少熔覆层内气孔与裂纹的产生，且增加粘接相对金刚石的润湿性，涂层与金刚石形成高强度的化学键，使金刚石在工作时不易脱落；纳米级的TiC与Ti包裹金刚石，扩大了金刚石颗粒与金属粘接相的接触面积，提高了金刚石的把持力，减少了金刚石的脱落。刚石的脱落。刚石的脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法


[0001]本专利技术属于激光熔覆
，具体为一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法。

技术介绍

[0002]42CrMo钢是制备截齿常用材料之一，其具有良好的韧性，强度、淬透性高。截齿常作为掘进机与采煤机的重要部件之一，主要以用于井下巷道对煤层的挖掘；截齿在工作时受冲击载荷，剪切应力以及高压应力组成，煤层中软磨粒对截齿表面形成反复挤压形成材料的疲劳磨损，硬磨粒对截齿形成磨粒磨损，截齿失效的形式主要以磨损为主。随着浅层煤炭资源消耗，对采煤量的需求逐年提高，巷道岩层与煤岩比例的增加，增加了对截齿耐磨性的需求。
[0003]为满足截齿刀具复杂的工作情况，使用表面强化工艺对截齿表面进行处理，如等离子堆焊，激光钎焊，激光熔覆等技术增加截齿表面的耐磨性，其中与其他表面强化工艺相比较，激光熔覆技术对基体处理工艺简便。激光产生热影响区小、稀释率低、对截齿原有性能影响小、并能确保熔覆层和基体的高强度冶金结合、生产效率高、成本低，可实现自动化大批量生产，是截齿刀具表面强化的有效工艺。
[0004]目前，众多学者对于激光熔覆强化技术开启研究，但仍存在一些问题：参考中国专利申请公布号CN114855158A提出的一种激光熔覆式金刚石耐磨材料的制备方法，该方法通过激光熔覆对预置金刚石熔覆粉末层制备，再通过气路送粉方式进行二次喷涂，此制备工艺复杂，因金刚石与熔覆材料热膨胀系数不匹配，金刚石涂层与基体存在热应力较大，裂纹驱动力大，造成缺陷；二次喷涂金刚石耐磨粉末与熔覆层结合强度不高，通过物理方式嵌入在熔覆层中，在工件工作时受交变应力、磨损腐蚀等影响，金刚石粉末易脱落。
[0005]综上所述，目前技术制备金刚石涂层存在如下问题：金刚石与涂层为物理嵌入，使用过程金刚石颗粒易脱落，导致耐磨层耐磨性下降；金刚石与金属粘接相热膨胀系数差较大，制备涂层时易存在热应力，存在裂纹开裂，使耐磨涂层剥落失效。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决上述技术问题，提供了一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题采用的技术手段是提供一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法，步骤如下：步骤一、对金属基材进行预处理，先对金属基材表面进行抛磨处理，抛磨后进行超声清洗，干燥备用；步骤二、金刚石包裹预处理，金刚石包裹预处理所用粉料的组成成分及质量百分比分别为60~70%的金刚石、10%~20%的TiC和5%~10%的Ti；将按比例配置的粉料混合均匀后进行真空存放，得到预处理金刚石粉末；
步骤三、配置熔覆层所需要的激光熔覆粉料：激光熔覆粉料的组成成分及质量百分比分别为1%~3%的TiC、5%~15%的预置金刚石粉末、30%~40%的WC、0~2%ZrH2粉末（且不为0）和39~63%的纯钴粉，将按比例配置的激光熔覆粉料混合均匀进行真空存放，得到激光熔覆粉料；步骤四、采用同轴送粉的方式，利用激光将激光熔覆粉料熔覆在步骤一处理后的金属基材表面。
[0008]步骤一中，使用线切割在截齿上制备出尺寸为30mm
×
30mm
×
8mm的样件，抛磨后进行超声清洗是为了去除金属基材表面的氧化层和杂质；步骤二金刚石包裹预处理，一方面：纳米级的TiC与Ti包裹金刚石，扩大了金刚石颗粒与金属粘接相的接触面积，提高了金刚石的把持力，减少了金刚石的脱落；另一方面：预处理包裹金刚石因包裹层的保护，包裹层阻止金刚石受激光的影响，避免金刚石出现的烧蚀、石墨化，在熔覆层中保持金刚石颗粒的完整。步骤三中激光熔覆粉料中使用ZrH2增强金刚石耐磨涂层，一方面：ZrH2的添加使激光熔覆层对流传质效果增加，减少激光熔覆层内气孔与裂纹的产生；另一方面：增加粘接相对金刚石的润湿性，涂层与金刚石形成高强度的化学键，使金刚石在工作时不易脱落。
[0009]优选的，步骤一中使用240~800目的砂纸进行抛磨处理，抛磨处理包括打磨、除锈以及去毛刺，超声清理时使用的是无水乙醇。无水乙醇能达到良好的清洗效果，能有效去除金属基材表面的氧化层和杂质。抛磨处理是为了后续激光熔覆时，激光熔覆粉料能更加牢固的熔覆至金属基材的表面。
[0010]优选的，步骤二中金刚石的粒径为100~200μm，TiC的粒径为0.5~1μm，Ti的粒径为0.5~1μm。良好的粒径比，有利于纳米级的TiC与Ti粉末对大颗粒金刚石充分包裹。
[0011]优选的，步骤二中金刚石为A级单晶金刚石。因A级单晶金刚石有极高的硬度以及耐磨性，使得熔覆层耐磨性能提高。
[0012]优选的，步骤二中采用行星式球磨机对粉料进行机械混合，行星式球磨机的转速为80~220r/min，混合时间为48h。这是为了更加均匀的混合，使得纳米级的TiC与Ti更均匀地包裹金刚石。
[0013]优选的，步骤三中TiC的粒径为0.5~1μm，WC的粒径为50~100μm，ZrH2粉末的粒径为0.5~1μm，纯钴粉的粒径为50~100μm。这有利于获得良好的物料粒度分布，添加相纳米TiC与ZrH2分散性好、比表面积增加，更好的弥散分布在熔覆层，有助于细化熔覆层晶粒，增强熔覆层的性能。
[0014]优选的，步骤三采用行星式球磨机对激光熔覆粉料进行机械混合，转速为100~230r/min，球磨时间1~4h。这是为了更加均匀的混合激光熔覆粉料。
[0015]优选的，步骤二和步骤三球磨时采用的球磨罐均为真空不锈钢罐，球磨时采用的球为不锈钢球。采用真空不锈钢罐和不锈钢球，可有效避免球磨混料时物料的氧化，避免球磨介质对样品的污染。
[0016]优选的，步骤四中，激光熔覆的参数为：激光功率700W，送粉速率21g/min，扫描速度180mm/min，载气流量4L/min，金属基材与激光熔覆头之间的距离为13mm，搭接率30%。在该激光熔覆参数下，可获得高的熔覆层质量，减少其裂纹敏感性。
[0017]优选的，步骤四中，熔覆过程采用Ar气保护。这是为了防止激光熔覆过程中熔池氧化。
[0018]本专利技术的有益效果是：一、本专利技术制备ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层，使用ZrH2增强金刚石耐磨涂层，一方面：ZrH2的添加使熔覆层对流传质效果增加，减少熔覆层内气孔与裂纹的产生；另一方面：增加粘接相对金刚石的润湿性，涂层与金刚石形成高强度的化学键，使金刚石在工作时不易脱落；二、本专利技术制备ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层，使用预处理包裹金刚石，一方面：纳米级的TiC与Ti包裹金刚石，扩大了金刚石颗粒与金属粘接相的接触面积，提高了金刚石的把持力，减少了金刚石的脱落；另一方面：预处理包裹金刚石因包裹层的保护，包裹层阻止金刚石受激光的影响，避免金刚石出现的烧蚀、石墨化，在熔覆层中保持金刚石颗粒的完整。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、对金属基材进行预处理，先对金属基材表面进行抛磨处理，抛磨后进行超声清洗，干燥备用；步骤二、金刚石包裹预处理，金刚石包裹预处理所用粉料的组成成分及质量百分比分别为60~70%的金刚石、10%~20%的TiC和5%~10%的Ti；将按比例配置的粉料混合均匀后进行真空存放，得到预处理金刚石粉末；步骤三、配置熔覆层所需要的激光熔覆粉料：激光熔覆粉料的组成成分及质量百分比分别为1%~3%的TiC、5%~15%的预置金刚石粉末、30%~40%的WC、0~2%ZrH2粉末且不为0和39~63%的纯钴粉，将按比例配置的激光熔覆粉料混合均匀进行真空存放，得到激光熔覆粉料；步骤四、采用同轴送粉的方式，利用激光将激光熔覆粉料熔覆在步骤一处理后的金属基材表面。2.根据权利要求1所述的一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法，其特征在于，步骤一中使用240~800目的砂纸进行抛磨处理，抛磨处理包括打磨、除锈以及去毛刺，超声清理时使用的是无水乙醇。3.根据权利要求1所述的一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法，其特征在于，步骤二中金刚石的粒径为100~200μm，TiC的粒径为0.5~1μm，Ti的粒径为0.5~1μm。4.根据权利要求3所述的一种ZrH2增强钴基金刚石耐磨涂层的激光熔覆制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永贵，梁国星，郝新辉，刘东刚，周俊杰，赵建，贾文婷，杨世清，吕明，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：